(57)【要約】【課題】  ＡＴＸ規格準拠の電源のように二次側で電源の停止，起動を行う電源の平滑コンデンサのドライアップ現象を抑えられるスイッチング電源を提供する。【解決手段】  二次側電源の停止時にはＰＷＭ制御回路１２１によりスイッチングトランジスタ１２０のスイッチングを停止するとともに昇圧回路１１５を停止し、二次側電源の電圧を検出して設定された電圧より低下したと判断された時に操作コイル１２３により昇圧回路１１５と平滑コンデンサ１１６の間に接続される第１のリレー接点１２５が開状態に、平滑コンデンサ１１６に並列して放電抵抗１１７とともに接続される第２のリレー接点１１８を閉状態に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側電源に接続されるノイズフィルタと整流用ダイオードブリッジと昇圧回路と、該昇圧回路の後段に第１のリレーを介して接続される平滑コンデンサと、該平滑コンデンサに並列して接続される第２のリレー及び放電抵抗と、該第２のリレー及び放電抵抗の後段に接続されるトランスとスイッチングトランジスタと、二次側電源の前記第１及び第２のリレーの開閉操作を制御する操作回路と、前記スイッチングトランジスタのＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御回路とを備え、前記二次側電源の停止時には前記ＰＷＭ制御回路により前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止するとともに前記昇圧回路を停止し、前記二次側電源の電圧を検出して設定された電圧より低下したと判断された時に前記操作コイルにより前記第１のリレーが開状態に、前記第２のリレーを閉状態に制御するスイッチング電源。
【請求項２】
前記第１のリレー，第２のリレーを半導体リレーで、前記操作回路をフォトカプラで構成した請求項１に記載のスイッチング電源。
【請求項３】
前記二次側電源に異常検出用接点とＤＣ出力信号とを設け、該異常検出用接点信号と
ＤＣ出力信号とをＡＮＤ回路を介して外部あるいは前記ＰＷＭ制御回路に接続した請求項１に記載のスイッチング電源。
【請求項４】
放電抵抗がプリント基板の半田面に実装されているものであって、該放電抵抗に近接して温度センサを設置し、該温度センサを外部あるいは前記ＰＷＭ制御回路に接続した請求項１に記載のスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パーソナルコンピュータ等に使用されるＡＴＸ規格準拠のスイッチング電源に係り、特に平滑コンデンサのドライアップ現象を抑えるのに好適なスイッチング電源に関する
【背景技術】
【０００２】
従来の技術としては、〔特許文献１〕に記載のように、ＡＣ入力のフィルタ回路の蓄積電荷を放電させる第１の放電抵抗に第１のスイッチング素子を直列接続し、整流ダイオード出力側の平滑コンデンサの蓄積電荷を放電させる第２の放電抵抗に第２のスイッチング素子を直列接続し、平滑コンデンサの充電電流有りを検出して制御手段に伝達し、制御手段は第１及び第２のスイッチング素子をオフにし第１及び第２の電気抵抗に流れる電流を遮断するようにしたスイッチング電源装置がある。又、〔特許文献２〕に記載のように、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２に蓄積された電荷を放電させる放電抵抗Ｒ１と、放電抵抗Ｒ１の通電状態と非通電状態をスイッチングするフォトＭＯＳリレーとを備え、トライアックを使用して入力電源の供給状態を判断してフォトＭＯＳリレーを切り換えるようにし、フォトＭＯＳリレーが閉状態となったときは、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２および放電抵抗Ｒ１を含む放電ループを構成するようにした放電回路が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８４７１８号公報
【特許文献２】特開平１１−２１５８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
〔特許文献１〕，〔特許文献２〕に記載のものは、いずれも一次側、すなわち入力側の電位が定格か否かを検出して電位が低下した時にスイッチング素子をオンして放電抵抗に平滑コンデンサの蓄積電荷を放電させるようにしている。このように、従来の技術では、入力側の電位を検出してスイッチングしているが、近年、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略称する）等には、ＡＴＸ規格準拠の電源が使用されるので、一次側で入り切りを行わないため入力側の電位を検出していても電源の入り切りが分らないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、ＡＴＸ規格準拠の電源のように二次側で電源の停止，起動を行う電源の平滑コンデンサのドライアップ現象を抑えられるスイッチング電源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、二次側電源の停止時にはＰＷＭ制御回路によりスイッチングトランジスタのスイッチングを停止するとともに昇圧回路を停止し、二次側電源の電圧を検出して設定された電圧より低下したと判断された時に操作コイルにより昇圧回路と平滑コンデンサの間に接続される第１のリレーが開状態に、平滑コンデンサに並列して放電抵抗とともに接続される第２のリレーを閉状態に制御するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＡＴＸ規格準拠の電源のように二次側で電源の停止，起動を行う電源の二次側の動作時には放電抵抗に電流を流さなないで、停止時に一次側と分離した平滑コンデンサの電荷を放電抵抗により放電できるので、電源内での発熱量を抑え、平滑コンデンサのドライアップ現象を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、外部からのＯＦＦ信号等の入力によりＰＷＭ制御回路でスイッチングトランジスタのスイッチングを停止することにより二次側への出力を停止し、二次側電源の電圧を検出して設定された電圧より低下したと判断された時に操作コイルにより昇圧回路と平滑コンデンサの間に接続される第１のリレー接点が開状態に、平滑コンデンサに並列して放電抵抗とともに接続される第２のリレー接点を閉状態に制御するものである。
【実施例１】
【０００９】
本発明の実施例１を図１から図５により説明する。図１はパソコンの構成を示す構成図、図２はパソコンの斜視図である。本実施例の電源は、パソコンや周辺機器など一般の
ＯＡ機器に使用される電源であるが、ここではパソコンを例にとり説明する。
【００１０】
パソコン２は、パソコン本体にモニタ２１，キーボード２２，マウス２３等の周辺装置が接続され、キーボード２２あるいはマウス２３によりデータ入力を行い、モニタ２１にデータ表示を行う。パソコン２の内部にはデータ処理を行うマザーボード２４（以下、Ｍ／Ｂ２４と略称する）とデータを記憶しているハードディスク装置２６（以下、ＨＤＤ
２６と略称する），リムーバル記憶媒体２８をアクセスするフロッピー（登録商標）ディスク装置２５（以下、ＦＤ２５と略称する）が配置され、それらを動作させるための電源１を有している。電源１には、パソコン２の外部よりＡＣ電源２９（又はＤＣ電源２９）が接続され、電源１により、規定のＤＣ電圧を給電ケーブル２７によりＭ／Ｂ２４，ＦＤ２５，ＨＤＤ２６等に供給する。
【００１１】
図３に電源１の内部回路の構成を示す。電源１にはＡＣ給電ケーブルによりＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖまでの電圧が供給され、ＡＣ電源２９側には電源１の入り切りを行うコンセント等のスイッチ１１１及び過電流保護のためのヒューズ１１２が設けられている。ヒューズ１１２の後段にはノイズフィルタ１１３が設けられ、このノイズフィルタ１１３により給電ラインに含まれるノイズを除去する。ノイズフィルタ１１３の後段には、整流用ダイオードブリッジ１１４が設けられ、全波整流を行う。この整流用ダイオードブリッジ
１１４によりＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖまでを切り替えスイッチ等を使用せず自動切替可能なワイドレンジ機能に対応するため、一般的にダイオードブリッジ１１４による整流後、ＤＣ３８０Ｖまで昇圧させる昇圧回路１１５が設けられる。ここで、電源１の外部からの給電がＤＣ出力電源の場合は、ダイオードブリッジ１１４を省略することができる。
【００１２】
昇圧回路１１５の後段にはリレーであるリレー接点１２５を介して平滑コンデンサ116が接続され、昇圧回路１１５で電圧を昇圧した後、電圧を一定にするために平滑コンデンサ１１６により平滑にする。平滑コンデンサ１１６の電荷を放電させるための放電抵抗
１１７及び放電抵抗１１７の接離を行うためのリレーであるリレー接点１１８（ｂ接点ともいう）が設けられている。平滑にした後、スイッチングトランジスタ１２０によりスイッチングを行い、トランス１１９を介して二次側を規定の電圧に低下させる。トランス
１１９の後段には、整流回路１２２が設けられ、整流回路１２２を介してＤＣ電圧の出力を行う。整流回路１２２の後段には、リレーの入り切りをコントロールするための操作コイル１２３が接続されている。
【００１３】
負荷電流が変化すると電圧が変化してしまうため、二次側の電圧値を監視し、スイッチングトランジスタ１２０のオン時間を制御するＰＷＭ（Pulse Wide Modulation の略）制御によりＤＣ出力電圧が一定になるようにフィードバック制御回路であるＰＷＭ制御回路１２１が設けられている。このＰＷＭ制御回路１２１には、平滑コンデンサ１１６両端の電圧の検出値が入力されており、昇圧回路１１５を制御する制御信号線が接続されている。このように、二次側のＤＣ出力の電圧監視を行い、出力電圧の値でリレー接点１１８の開閉制御を行うようになっている。なお、二次側のＤＣ出力の監視回路は別に設けてもよい。
【００１４】
このように構成されたスイッチング電源により、電源の安全のため、電源ＯＦＦ後、２分以内に電源内部の電気的危険を排除する、すなわち感電を防止する制御を次のようにして行う。
【００１５】
平滑コンデンサ１１６は昇圧回路１１５によって高電圧に上げられた電圧がかかるためと二次側の出力安定性確保のために一次側のＡＣ変動が発生しても安定出力するように高容量のものを採用しているので、電源１内に設けられるコンデンサの中で電荷のチャージ量が最も多い。このチャージ量の大きい平滑コンデンサ１１６の電荷を短時間に放電させるため、平滑コンデンサ１１６に並列に放電抵抗１１７を接続しておき、二次側の出力停止を検知して一次側の電源を停止し、放電抵抗１１７を介して放電させるようにしている。
【００１６】
電源が通常稼動している場合、二次側には規定の電圧が発生しているため、操作コイル１２３はＯＮ状態、リレー接点１１８は開状態であり、放電抵抗１１７は回路と切り離されている。そのため、放電抵抗１１７には電圧が印加されず、放電抵抗１１７に電流が流れないので、放電抵抗１１７での電力消費は発生しない。外部制御信号によりスイッチングトランジスタ１２０のＯＮ／ＯＦＦ制御を行っているが、外部制御信号により二次側電源を停止する場合には、ＰＷＭ制御回路１２１によりスイッチングトランジスタ１２０のスイッチングを停止させる。又、外部コントロール用電源入り切りスイッチ１２４の操作により直接ＰＷＭ制御回路１２１にＯＦＦ信号を入力してスイッチングを停止することも可能である。スイッチングを停止する時に昇圧回路１１５も停止させ、トライアック等の素子により後段へのエネルギー供給を断つようにする。スイッチングトランジスタ１２０のスイッチングが停止されると、二次側の電圧が垂下して０Ｖとなる。平滑コンデンサ
１１６の両端の電圧をＰＷＭ制御回路１２１が監視しており、設定された電圧以下になると、リレーオフ電圧（Ｖｏｆｆ）となるため、操作コイル１２３がＯＦＦ状態となる。操作コイル１２３がＯＦＦ状態になると、リレー接点１１８は閉状態となり放電抵抗１１７が回路に接続され、リレー接点１２５は開状態に動作し、一次側電源側と平滑コンデンサ１１６の接続が断となり入力給電が遮断されるので、平滑コンデンサ１１６に新たな電荷のチャージは行われない。この場合、回路内に蓄積されている電荷は、平滑コンデンサ
１１６にチャージされている電荷が大部分であるので、図５に示すように、放電抵抗117には電荷を放電する電流Ｉ２が流れ、平滑コンデンサ１１６内の電荷が０で、放電電流
Ｉ２も０Ａになる。このように制御することにより、ＡＴＸ基準準拠の電源のように、
ＯＮ／ＯＦＦ制御している二次側の電源を停止する電源において、放電抵抗１１７からの発熱を小さくすることができる。その結果、ＣＳＡ，ＵＬ１９５０，ＥＮ６０９５０の安全規格に準拠した安全性を確保できる。
【００１７】
電源投入時は、ＰＷＭ制御回路１２１は直接リレー接点１２５に制御信号を送って閉状態にし、リレー接点１１８が閉じた状態でＡＣ電源の給電を行う。その結果、二次側の電圧も立ち上がるので、ＰＷＭ制御回路１２１が電源ＯＮを検出してリレー接点１１８が開状態となり、放電抵抗１１７は回路から開放される。このように平滑コンデンサ１１６の放電をする時に放電抵抗１１７を接続することが可能となる。
【００１８】
又、高密度実装のため、図８に示すように、放電抵抗１１７はプリント基板４４の半田面に分割して実装され、平滑コンデンサ１１６の放電用として実装されているので、平滑コンデンサ１１６に近接して設けられることが多い。そのため、放電抵抗１１７で発熱すると、熱輻射あるいは熱伝達により電解コンデンサである平滑コンデンサ１１６の温度が上昇して電解液が蒸発してしまうドライアップ現象を招く恐れがある。ドライアップ現象が生じると、コンデンサの容量低下が生じ、電源としての機能が低下して寿命低下となる。また、他の半導体素子４２の温度も上昇するので、ジャンクションによる故障率増大にも繋がる。又、トランス１１９の巻線温度が上昇することによるエナメル線の絶縁劣化が発生し、エナメル線同士が短絡するレアショートの原因にもなる。又、プリント基板４５の温度上昇によりプリント基板４５が炭化されて絶縁劣化となる恐れがある。また、放電抵抗１１７自体が常時発熱している場合は、発熱容量の大きな抵抗とする必要があり、実装スペースも大きくなるため、分割させて実装するなど実装面積を確保する必要があった。
【００１９】
これらの問題点を解決するため、冷却ファンの回転速度を上げて電源１内を冷却させる方法もあるが、回転速度を高速にするので、ファンの回転軸ベアリング用のグリースが蒸発しやすくなり、短寿命になる。又、高速回転となることから騒音も増大し、オペレータに不快を与えると言った問題点が発生する。
【００２０】
本実施例では、ＡＴＸ基準準拠の電源において放電抵抗１１７からの発熱を小さくできるので、平滑コンデンサのドライアップ現象を防止し、信頼性を向上することができる。搭載されている他の半導体素子，トランス，プリント基板の信頼性を向上できる。又、放電抵抗１１７を実装する面積を小さくでき、小型化できる。
【実施例２】
【００２１】
本発明の実施例２を図６により説明する。本実施例では、放電抵抗１１７を入り切りするためにリレー接点１１８の代りに半導体リレー６１を、リレー接点１２５の代りに半導体リレー６３を用いている。半導体リレー６１（ｂ接点）を用いることにより、リレー接点１１８が、開閉時に音を発するのに対し、音が出ないので騒音の低減が図れる他、大きさを小さくできるので実装効率が上がる。この場合、放電抵抗１１７に直列に半導体リレー６１のドレイン（Ｄ），ソース（Ｓ）を接続し、二次側には半導体リレー６１のＤ−Ｓ間の導通／非導通をコントロールするフォトカプラ６２を接続する。このように構成すると、通常稼動時はフォトカプラ６２がＯＮしているため、半導体リレー６１のＤ−Ｓ間は非導通状態となり、放電抵抗１１７は回路と切り離されている状態となる。二次側の電源ＯＦＦ時はフォトカプラ６２がＯＦＦとなるため、半導体リレー６１のＤ−Ｓ間は導通状態となり、放電抵抗１１７は回路と接続され平滑コンデンサ１１６の電荷を放電させる。又、半導体リレー６３は開状態となる。
【実施例３】
【００２２】
本発明の本実施例３を図７により説明する。リレー接点１１８，リレー接点１２５及び半導体リレー６１には寿命があるので、万一故障した場合は、放電抵抗１１７は常時接続された状態になる。本実施例では、このような事態を避けるため、部品の故障を監視する機能を持たせて故障時の異常を検出し、電源の修理を促すようにしている。又、自動的に停止させる回路を設けて、電源の品質を保つようにしてもよい。
【００２３】
図７に示すように、本実施例では、リレー接点１２５が故障して閉状態のままである場合を想定して、リレーの接点出力が２チャンネルのものを採用し、通常の放電抵抗１１７入り切りのためのリレー接点１１８の他に異常検出用接点７１を用いる。そして、操作コイル１２３に連動している異常検出用接点７１とＤＣ出力信号７２のＡＮＤ回路７３の出力を監視している。
【００２４】
操作コイル１２３の断線等によりリレー接点１１８を開状態に出来ない現象が発生した場合、異常検出用接点７１も同様に開状態にできなく、リレー接点１２５が閉じているのでＤＣ出力信号７２がＯＮであり、ＡＮＤ回路７３の出力がＯＮとなった場合、異常検出信号７４を電源１の外部に出力して、外部に電源異常を通知して外部から電源を停止させる、あるいは電源１内のＰＷＭ制御回路１２１に入力して、スイッチングトランジスタ
１２０を強制的に停止させるとともに、スイッチ１１１を切ることにより電源１内の発熱を抑えることが可能となる。
【実施例４】
【００２５】
本発明の実施例４を図８及び図９により説明する。本実施例では、部品故障時の故障検出信号出力の代りに放電抵抗１１７の温度を監視している。正常な状態で電源が稼動している時は放電抵抗１１７に電流が流れないので発熱しない。しかし、何らかの原因で放電抵抗１１７に電流が流れた場合、放電抵抗１１７が発熱するため、温度上昇があると放電抵抗１１７のリレー接点１１８の開閉状態の故障と判断できる。このように異常を検出した場合、実施例３で説明したように電源１の外部からの操作または電源１内部のＰＷＭ制御回路１２１を停止するなどの対応が可能となる。これを実現するため、本実施例では、放電抵抗１１７の近くに温度センサ８１を設置し、例えば通常は電源内部の周囲温度以上にならないため、設置環境の最高温度＋電源内周囲温度＋αの定数を設定し、設定された以上の温度となった場合、温度センサ８１の温度を検出して外部に異常信号を出力する、あるいはＰＷＭ制御回路１２１に入力させスイッチングを停止させるように構成している。
【００２６】
以上説明したように、電源の二次側が動作している時には、放電抵抗に電流を流す必要がなく、電源内で消費される発熱量を抑えることができる。発熱量を抑えることで各部品の温度上昇が小さいため、平滑コンデンサとして使用する電解コンデンサの容量低下に繋がるドライアップ現象を抑えることができ、半導体のジャンクション温度が上がらないので故障率が低減する。又、トランス内エナメル線の絶縁劣化やプリント基板の絶縁劣化を抑えることができ、ショートが生じるのを防ぐことができる。また、放電抵抗の発熱量が小さくなるため放電抵抗を小さくでき、個数を減らすことが可能となる。電源全体の温度上昇を抑えることができるため、信頼性の向上，電源の省スペース化が可能となる。又、ファンの回転速度も高速化する必要がなくなり、ファン寿命が延び低騒音で運転できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１のパソコンの回路構成を示す構成図である。
【図２】パソコンの斜視図である。
【図３】電源の内部回路の構成図である。
【図４】電源の動作と消費電力の関係を示す図である。
【図５】リレー接点の動作と放電過程の関係を説明する図である。
【図６】本発明の実施例２の電源の内部回路の構成図である。
【図７】本発明の実施例３の電源の内部回路の構成図である。
【図８】本発明の実施例４の電源の内部回路のプリント基板の取付け状態を示す正面図である。
【図９】本実施例の電源の内部回路の構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…電源、２…パソコン、２１…モニタ、２２…キーボード、２３…マウス、２４…マザーボード、２５…フロッピー（登録商標）ディスク装置、２６…ハードディスク装置、２７…給電ケーブル、２８…リムーバル記憶媒体、２９…ＡＣ電源、４２…半導体素子、４４…プリント基板、６１…半導体リレー、６２…フォトカプラ、７１…異常検出用接点、７２…ＤＣ出力信号、７３…ＡＮＤ回路、７４…異常検出信号、８１…温度センサ、
１１１…スイッチ、１１２…ヒューズ、１１３…ノイズフィルタ、１１４…整流用ダイオードブリッジ、１１５…昇圧回路、１１６…平滑コンデンサ、１１７…放電抵抗、１１８…リレー接点、１１９…トランス、１２０…スイッチングトランジスタ、１２１…ＰＷＭ制御回路、１２２…整流回路、１２３…操作コイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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